降水粒子陰影圖像自動(dòng)采集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種降水粒子陰影圖像的自動(dòng)采集裝置，包括：光源端箱體，具有第一開(kāi)口；攝像端箱體，具有第二開(kāi)口，所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口在水平方向相對(duì)設(shè)置，所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口之間形成采樣區(qū)域；面光源，設(shè)置在所述光源端箱體內(nèi)，所述面光源所發(fā)出的光線通過(guò)所述第一開(kāi)口直射入所述第二開(kāi)口；拍攝焦距對(duì)準(zhǔn)所述采樣區(qū)域的攝像裝置，位于所述攝像端箱體中，能夠?qū)λ雒婀庠凑丈湎碌慕邓Ｗ拥年幱斑M(jìn)行直接成像。轉(zhuǎn)向裝置，位于設(shè)備支架上，根據(jù)風(fēng)向和風(fēng)速調(diào)整采樣區(qū)域的方向。本發(fā)明的裝置能夠采集到自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的降水粒子清晰的陰影圖像，便于分析降水粒子的尺寸、形態(tài)等物理特征，識(shí)別多種降水類型。
【專利說(shuō)明】降水粒子陰影圖像自動(dòng)采集裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天氣現(xiàn)象的圖像采集裝置，特別是涉及一種降水粒子陰影圖像的自動(dòng)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]降水現(xiàn)象是指云中液態(tài)水或固態(tài)水向地面降落的一種天氣現(xiàn)象，降水觀測(cè)資料對(duì)于全球水汽輸送、氣候變化和水文等研究均有重要作用。因此，對(duì)降水現(xiàn)象的觀測(cè)一直是氣象和水文站最基礎(chǔ)的觀測(cè)項(xiàng)目之一。對(duì)降水現(xiàn)象的傳統(tǒng)觀測(cè)手段主要是利用雨量筒、翻斗雨量計(jì)等測(cè)量降水強(qiáng)度和降水量，降水類型的識(shí)別主要仍然依靠人工目測(cè)，自動(dòng)化水平低。目前用于降水現(xiàn)象自動(dòng)觀測(cè)識(shí)別試驗(yàn)的儀器大體有三類:基于粒子運(yùn)動(dòng)的力學(xué)效應(yīng)觀測(cè)的感應(yīng)器，包括聲感應(yīng)器、壓電感應(yīng)器和凍雨感應(yīng)器等，這類感應(yīng)器對(duì)于降水類型識(shí)別而言屬于一種輔助設(shè)備，受探測(cè)原理的局限，只能滿足特定場(chǎng)合降水監(jiān)測(cè)識(shí)別的要求；微波粒子譜儀，一種小型化、連續(xù)波、低功率的多普勒雷達(dá)，又稱之為多普勒雨滴譜儀，該系統(tǒng)能夠一般地分辨降雨和降雪，但由于不能直接獲得粒子相態(tài)、大小、形狀和空間姿態(tài)等資料，難以避免識(shí)別中的不確定性；光學(xué)感應(yīng)器，指基于粒子散射光和透射光測(cè)量的一類降水粒子探測(cè)技術(shù)，目前已有的此類儀器能夠有效識(shí)別的固態(tài)降水類型還比較有限，對(duì)降水粒子微結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)量也不全面。而要實(shí)現(xiàn)降水現(xiàn)象的自動(dòng)化觀測(cè)識(shí)別，其難點(diǎn)在于固態(tài)降水粒子復(fù)雜多樣的形態(tài)判別。目前在業(yè)務(wù)應(yīng)用試驗(yàn)中的大多數(shù)感應(yīng)器難以可靠測(cè)量降水粒子的相態(tài)、尺度、形狀、空間取向和下落速度等微結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，因此對(duì)降水類型的判別能力不足。已有的基于數(shù)字?jǐn)z像的降水現(xiàn)象觀測(cè)方案還無(wú)法避免光線在液態(tài)透明降水粒子上的非均勻反射和折射對(duì)成像的影響，已有的降水粒子二維投射陰影圖像自動(dòng)拍攝方案無(wú)法避免成像面板污潰對(duì)成像的影響，這都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)降水粒子相態(tài)難以正確判別、特征參數(shù)不易準(zhǔn)確提取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種降水粒子陰影圖像的自動(dòng)采集裝置，能夠?qū)δ繕?biāo)物降水粒子的陰影直接成像，避免了透明降水粒子復(fù)雜的反射、折射光對(duì)成像的影響。
[0004]本發(fā)明提供了一種降水粒子陰影圖像的自動(dòng)采集裝置，包括:
[0005]光源端箱體，具有第一開(kāi)口 ；
[0006]攝像端箱體，具有第二開(kāi)口，所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口在水平方向相對(duì)設(shè)置，所述第二開(kāi)口與所述第一 開(kāi)口之間形成采樣區(qū)域；
[0007]面光源，設(shè)置在所述光源端箱體內(nèi)，所述面光源所發(fā)出的光線通過(guò)所述第一開(kāi)口直射入所述第二開(kāi)口；
[0008]拍攝焦距對(duì)準(zhǔn)所述采樣區(qū)域的攝像裝置，位于所述攝像端箱體中，能夠?qū)λ雒婀庠凑丈湎碌慕邓Ｗ拥年幱斑M(jìn)行直接成像。
[0009]優(yōu)選地，上述的自動(dòng)采集裝置中，所述拍攝焦距對(duì)準(zhǔn)所述采樣區(qū)域中的所述第一開(kāi)口與所述第二開(kāi)口之間的中間位置。
[0010]優(yōu)選地，上述的自動(dòng)采集裝置中，所述面光源為紅色面光源，從而降低飛蟲(chóng)對(duì)拍攝的影響。
[0011]優(yōu)選地,上述的自動(dòng)采集裝置中，還包括:
[0012]電源模塊，連接所述面光源和所述攝像裝置；
[0013]控制模塊，連接所述面光源、所述攝像裝置以及所述電源模塊。
[0014]優(yōu)選地,上述的自動(dòng)采集裝置中，還包括:
[0015]計(jì)算機(jī)，連接所述控制模塊和所述攝像裝置。
[0016]優(yōu)選地，上述的自動(dòng)采集裝置中，所述光源端箱體和所述攝像端箱體設(shè)置在支架的兩個(gè)支點(diǎn)上。
[0017]優(yōu)選地，上述的自動(dòng)采集裝置中，所述支架的底部具有能夠水平轉(zhuǎn)動(dòng)所述支架的旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置連接所述控制模塊。
[0018]優(yōu)選地,上述的自動(dòng)采集裝置中，還包括:
[0019]風(fēng)向傳感器，連接所述計(jì)算機(jī)；
[0020]所述計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)所述支架，使得降水粒子的移動(dòng)軌跡與所述第一開(kāi)口所在的平面和所述第二開(kāi)口所在的平面平行。
[0021]I)本發(fā)明實(shí)施例中，攝像裝置焦距對(duì)準(zhǔn)采樣區(qū)域，輔以亮度均勻的面光源，對(duì)目標(biāo)物降水粒子的陰影直接成像，避免了透明降水粒子復(fù)雜的反射、折射光對(duì)成像的影響，能夠拍到清晰的降水粒子陰影圖像。
[0022]2)本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)風(fēng)向傳感器獲得的角度信息來(lái)控制旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)支架，使得降水粒子的移動(dòng)軌跡盡量與第一開(kāi)口所在的平面和第二開(kāi)口所在的平面平行，改善了成像時(shí)由于風(fēng)導(dǎo)致降水粒子處于景深之外以致于成像模糊的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0024]圖1為本發(fā)明提供的自動(dòng)采集裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0026]攝像端箱體202、采樣區(qū)域204、光源端箱體205、
[0027]面光源206、支架207、計(jì)算機(jī)208、控制模塊209、電源模塊210、溫控裝置211、攝
像裝置213、旋轉(zhuǎn)裝置300、風(fēng)向傳感器400
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1為本發(fā)明提供的自動(dòng)采集裝置的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種降水粒子陰影圖像的自動(dòng)采集裝置，包括:
[0029]光源端箱體205,具有第一開(kāi)口；
[0030]攝像端箱體202，具有第二開(kāi)口，所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口在水平方向相對(duì)設(shè)置，所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口之間形成采樣區(qū)域204 ；[0031 ] 面光源206，設(shè)置在所述光源端箱體內(nèi)，所述面光源所發(fā)出的光線通過(guò)所述第一開(kāi)口直射入所述第二開(kāi)口；
[0032]拍攝焦距對(duì)準(zhǔn)所述采樣區(qū)域的攝像裝置213，位于所述攝像端箱體中，能夠?qū)λ雒婀庠凑丈湎碌慕邓Ｗ拥年幱斑M(jìn)行直接成像。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述拍攝焦距對(duì)準(zhǔn)所述采樣區(qū)域中的所述第一開(kāi)口與所述第二開(kāi)口之間的中間位置。
[0034]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括:
[0035]電源模塊210，連接所述面光源和所述攝像裝置；
[0036]控制模塊209，連接所述面光源、所述攝像裝置以及所述電源模塊；
[0037]計(jì)算機(jī)208，連接所述控制模塊和所述攝像裝置；
[0038]溫控裝置211，設(shè)置在所述攝像端箱體中。
[0039]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，攝像裝置213直接輸出圖像的數(shù)字信號(hào)，直接通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)208連接，用于拍攝數(shù)字圖像并將所拍攝的圖像傳送給計(jì)算機(jī)208，從而不需要圖像采集卡。當(dāng)然，攝像裝置213也可以包括圖像采集卡，從而存儲(chǔ)所采集的圖像。優(yōu)選地，攝像裝置213由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和鏡頭組成。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采用具有網(wǎng)絡(luò)、USB或1394接口的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，直接通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接，用于拍攝成像屏上的數(shù)字圖像并將所拍攝的圖像傳送給計(jì)算機(jī)。鏡頭優(yōu)選采用定焦鏡頭，以保證圖像的質(zhì)量。
[0040]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光源端箱體和所述攝像端箱體設(shè)置在支架207的兩個(gè)支點(diǎn)上。如圖1所示，支架為Y形，也可以采用其他的適合的形狀，如H形等。優(yōu)選地，兩個(gè)箱體在支架上的安裝位置可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)采樣區(qū)域204大小的調(diào)節(jié)。
[0041]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，支架的底部具有能夠水平轉(zhuǎn)動(dòng)所述支架的旋轉(zhuǎn)裝置300，旋轉(zhuǎn)裝置300連接所述控制模塊。
[0042]從而，通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置300可以在水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)支架。旋轉(zhuǎn)裝置300可以為云臺(tái)。
[0043]此外，還包括:風(fēng)向傳感器400，連接所述計(jì)算機(jī)。從而，計(jì)算機(jī)通過(guò)風(fēng)向傳感器獲知風(fēng)向，然后通過(guò)風(fēng)向計(jì)算出角度信號(hào)給控制模塊209，控制模塊209控制旋轉(zhuǎn)裝置300轉(zhuǎn)動(dòng)，使得降水粒子的移動(dòng)軌跡盡量與第一開(kāi)口所在的平面和第二開(kāi)口所在的平面平行，當(dāng)降水粒子被捕獲圖像時(shí)基本都能在攝像裝置的景深范圍內(nèi)，由此提高所獲取圖像的質(zhì)量。
[0044]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，面光源使用紅色LED面光源。光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，合理的光源照明能夠使被測(cè)物的重要特征得以強(qiáng)化并抑制干擾檢測(cè)的其它非重要特征。本實(shí)施例使用背光照明，是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)物體輪廓和尺寸的最佳照明方式，能夠增強(qiáng)降水粒子在圖像中的對(duì)比度，同時(shí)有效避免直射光線在水滴表面多次反射折射對(duì)水滴邊緣成像清晰度的影響，從而降低后續(xù)圖像處理算法的復(fù)雜度并提高了整個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)的檢測(cè)速度和精度。
[0045]由于飛蟲(chóng)的趨光性，明亮的物體總是會(huì)吸引飛蟲(chóng),并停駐其上。觀測(cè)時(shí)若飛蟲(chóng)出現(xiàn)在觀測(cè)視野內(nèi)，會(huì)形成陰影，長(zhǎng)時(shí)間的停留就會(huì)為后續(xù)的圖像識(shí)別帶來(lái)額外的處理負(fù)擔(dān)，影響觀測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)速度。本實(shí)施例使用大多數(shù)飛蟲(chóng)都不敏感的紅色光源，能夠有效減少對(duì)飛蟲(chóng)的吸引，從而降低飛蟲(chóng)對(duì)拍攝的影響。
[0046]由上可知，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)勢(shì):
[0047]I)通常對(duì)物體成像的方式是借助光源照亮物體，但對(duì)于液態(tài)水滴，由于水滴透明，表面平滑且有弧度，光在水滴表面和內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生多次折射和反射，導(dǎo)致水滴的亮度在不同角度和位置有非常大的差異，因此使用照亮方式成像往往會(huì)帶來(lái)成像亮度不均勻的問(wèn)題，容易導(dǎo)致降水粒子邊緣成像不清晰，影響后續(xù)圖像識(shí)別算法對(duì)降水粒子邊緣的正確識(shí)別。本發(fā)明實(shí)施例中，拍攝目標(biāo)是采樣區(qū)域內(nèi)的降水粒子由于遮擋面光源而產(chǎn)生的陰影，這樣就避免了光的折射和反射對(duì)雨滴邊緣清晰度的影響，由此能夠清晰地得到降水粒子的輪廓和邊緣信息。由于雪、霰、雨滴等粒子邊緣輪廓有各自明顯的圖像特點(diǎn)，有了這些信息，通過(guò)圖像識(shí)別就能夠得到降水粒子的相態(tài)、尺度、形狀、空間取向等微結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0048]2)本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)風(fēng)向傳感器獲得的角度信息來(lái)控制旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)支架，使得降水粒子的移動(dòng)軌跡盡量與第一開(kāi)口所在的平面和第二開(kāi)口所在的平面平行，改善了成像時(shí)由于風(fēng)導(dǎo)致降水粒子處于景深之外導(dǎo)致成像模糊的問(wèn)題，提高所獲取圖像的質(zhì)量。
[0049]3)本發(fā)明實(shí)施例中，面光源的位置位于成像單元的景深之外，因此即使面光源上有一定的污潰，也無(wú)法成像，不會(huì)對(duì)降水粒子的成像造成明顯的影響，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的維護(hù)量。
[0050]4)本發(fā)明的面光源為紅色面光源。由于飛蟲(chóng)的趨光性，觀測(cè)時(shí)發(fā)亮的面光源容易吸引飛蟲(chóng)停駐，這會(huì)影響圖像判別的效率。由于大多數(shù)飛蟲(chóng)對(duì)紅色不敏感，因此使用紅色面光源能夠有效減少飛蟲(chóng)的影響。
[0051]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種降水粒子陰影圖像的自動(dòng)采集裝置，其特征在于，包括: 光源端箱體，具有第一開(kāi)口 ； 攝像端箱體，具有第二開(kāi)口，所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口在水平方向相對(duì)設(shè)置，所述第二開(kāi)口與所述第一開(kāi)口之間形成采樣區(qū)域； 面光源，設(shè)置在所述光源端箱體內(nèi)，所述面光源所發(fā)出的光線通過(guò)所述第一開(kāi)口直射入所述第二開(kāi)口； 拍攝焦距對(duì)準(zhǔn)所述采樣區(qū)域的攝像裝置，位于所述攝像端箱體中，能夠?qū)λ雒婀庠凑丈湎碌慕邓Ｗ拥年幱斑M(jìn)行直接成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)采集裝置，其特征在于，所述拍攝焦距對(duì)準(zhǔn)所述采樣區(qū)域中的所述第一開(kāi)口與所述第二開(kāi)口之間的中間位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)采集裝置，其特征在于，所述面光源為紅色面光源，從而降低飛蟲(chóng)對(duì)拍攝的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的自動(dòng)采集裝置，其特征在于，還包括: 電源模塊，連接所述面光源和所述攝像裝置； 控制模塊，連接所述面光源、所述攝像裝置以及所述電源模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)采集裝置，其特征在于，還包括: 計(jì)算機(jī)，連接所述控制模塊和所述攝像裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)采集裝置，其特征在于，所述光源端箱體和所述攝像端箱體設(shè)置在支架的兩個(gè)支點(diǎn)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)采集裝置，其特征在于， 所述支架的底部具有能夠水平轉(zhuǎn)動(dòng)所述支架的旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置連接所述控制模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)采集裝置，其特征在于，還包括: 風(fēng)向傳感器，連接所述計(jì)算機(jī)； 所述計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)所述支架，使得降水粒子的移動(dòng)軌跡與所述第一開(kāi)口所在的平面和所述第二開(kāi)口所在的平面平行。
【文檔編號(hào)】H04N7/18GK104010165SQ201410191044
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】馬穎, 呂偉濤, 楊俊 , 姚雯 申請(qǐng)人:中國(guó)氣象科學(xué)研究院